题目内容

已知直角坐标系中菱形ABCD的位置如图,C、D两点的坐标分别为(4,0)、(0,3),现有两动点P、Q分别从A、C同时出发,点P沿线段AD向终点D运动,速度为每秒1个单位长度,点Q沿折线CBA向终点A运动,速度为每秒2个单位长度,设运动时间为t秒.

(1)求AD、BC之间的距离和sin∠DAB的值;
(2)设四边形CDPQ的面积为S.
①求S关于t的函数关系式及自变量t的取值范围;
②若存在某一时刻,点P、Q同时在反比例函数y=
k
x
的图象上,求此时S的值.
考点:反比例函数综合题
专题:
分析:(1)首先过点B作BH⊥AD于点H,由直角坐标系中菱形ABCD的位置如图,C、D两点的坐标分别为(4,0)、(0,3),可求得菱形的边长与面积,继而求得高;则可求得sin∠DAB的值;
(2)①分别从当0≤t≤5时与当5<t≤10时,去分析求解即可求得答案;
②首先根据题意求得t的值,然后代入①中的面积公式,即可求得答案.
解答:解:(1)过点B作BH⊥AD于点H,
∵C、D两点的坐标分别为(4,0)、(0,3),
∴OC=4,OD=3,
∵四边形ABCD是菱形,
∴AC=8,BD=6,AC⊥BD,
∴AB=AD=CD=
OC2+OD2
=5,
则S菱形ABCD=AD•BH=
1
2
AC•BD,
∴5BH=
1
2
×6×8=24,
解得:BH=4.8;
∴sin∠DAB=
BH
AB
=
24
25
;

(2)①如图,当0≤t≤5时,
根据题意得:AP=t,CQ=2t,
则PD=5-t,
∴S梯形CDPQ=
1
2
(PD+CQ)•BH=
1
2
×(5-t+2t)×4.8=2.4t+12;
当5<t≤10时,过点Q作QN⊥AD,并反向延长交BC于点M,
∵AD∥BC,
∴QM⊥BC,
根据题意得:AP=t,BQ=2t-5,
则AQ=AB-BQ=10-2t,
∴QN=AQ•sin∠DAB=
24
25
(10-2t),QM=BQ•sin∠QBM=
24
25
(2t-5),
∴S四边形CDPQ=S菱形ABCD-S△APQ-S△BCQ=24-
1
2
AP•QN-
1
2
BC•QM=24-
1
2
×
24
25
×t×(10-2t)-
1
2
×5×
24
25
(2t-5)=
24
25
t2-
48
5
t+36;

②若点P、Q同时在反比例函数y=
k
x
的图象上,则需P与Q分别位于二,四象限,
∵点P的坐标为:(
4
5
t-4,
3
5
t),点Q(4-
8
5
t,-
6
5
t);
∴
3
5
t×(
4
5
t-4)=-
6
5
t×(4-
8
5
t),
解得:t=
5
3
或t=0(舍去),
∴S=2.4t+12=2.4×
5
3
+12=16.
点评:此题考查了反比例函数的性质、菱形的性质、勾股定理、三角函数等知识.此题难度较大,注意掌握辅助线的作法,注意掌握数形结合思想、分类讨论思想与方程思想的应用.
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